60
60
式中：n ——电动机转速，单位为r/min； D ——电枢内径； p ——极对数； τ ——极距。
如果定子每相绕组串联的匝数是N，则每相绕组的反电势为：
2 p 4 plBN
E X 2Ne 2NBl 60 n 60 n
方波气隙磁感应强度对应的每极磁通为：
Bl
计算极弧系数的定义为：一个极 距内的气隙磁密平均值和气隙磁 密最大值的比值。
开关型霍尔传感器：
霍尔传感器和定子绕组是固定不转的，转子是永久磁铁，磁铁经过转子霍 尔传感器后，霍尔器件产生一个脉冲。
霍尔工作原理
•当将一块通电的半导体薄片垂直置于磁场中时，薄片两侧由此会产生电位 差，此现象称为霍尔效应。 • 霍尔集成电路具有无触点、无磨损、无火花、低功耗、寿命长、灵敏度高 、工作频率高的特点。 • 霍尔集成电路是霍尔元件与电子线路一体化的产品，它是由霍尔元件、放 大器、温度补偿电路和稳压电路利用集成电路工艺技术制成的。它能感知 一切与磁有关的物理量，又能输出相关的电控信息，所以霍尔集成电路既 是一种集成电路，又是一种磁敏传感器。
C
FA-C+
• 随着磁场的旋转，吸引转子磁极随之旋转。
• 磁场顺时针旋转，电机顺时针旋转：1→2→3→4→5→6
• 磁场逆时针旋转，电机顺时针旋转：6→5→4→3→2→1
• 1.A+B6.A+C-
2.C+B- 3.C+A-
4.B+A- 5. B+C-
2）如何实现换相？
• 1.A+B6.A+C-
2.C+B- 3.C+A-
4.B+A- 5. B+C-
• 必须换相才能实现磁场的旋转，如果根据转子磁极的 位置换相，并在换相时满足定子磁势和转子磁势相互 垂直的条件，就能取得最大转矩。
• 要想根据转子磁极的位置换相，换相时就必须知道转 子的位置，但并不需要连续的位置信息，只要知道换 相点的位置即可。
• 在无刷直流电机中，一般采用3个开关型霍尔传感器测 量转子的位置。由其输出的3位二进制编码去控制逆变 器中6个功率管的导通实现换相。
• 如果将一只霍尔传感器安装在靠近转子的位置，当N极逐渐靠近 霍尔传感器即磁感应强度达到一定值时，其输减小时，其输出仍 然保持导通状态；只有磁场转变为S极并达到一定值时，其输出 才翻转为截止状态。
• 在S-N交替变化磁场下，传感器输出波形占高、低电平各占50%。
2p
E
2EX

15
Nn Cen
二、电磁转矩
方波电动机的电磁转矩Te 是由两相绕组的合成磁场与转子的磁场相互作用 而产生的。可以利用功率与速度的关系来计算电磁转矩。
EI
Te
式中： —角速度， 2n
其中，α是计算极弧系数。因而有：磁Φ通表：示通，过单某位一为截韦面（积伯的）磁Wb力；线磁总感数应，强用度
pN
p
EX
15
n Nn
15
是与磁力线方向垂直的单位面积上所通过 的磁力线数目，又叫磁力线密度，也叫磁 通密度，用B表示，单位为特（斯拉）T。
考虑到三相永磁方波电动机是两相同时通电，所以，线电势E为两相 电势之和：
转子
转子：产生磁场B
合二为一，各伺其职！
旋转磁场的产生
假定电机定子为3相6极，星型连接。转子为一对极。
A
a
COM
c b
B
C
A
N
SS
a
N
i
图6-4
COM
c
S
N
b
i
B
C
• 电流方向不同时，产生的磁场方向不同。
• 若绕组的绕线方向一致，当电流从A相绕组流进， 从B相绕组流出时，电流在两个绕组中产生的磁动 势方向是不同的。
图5 三相永磁无刷直流电动机 的电子换向器主回路
由6只功率开关元件组成的三相
H形桥式逆变电路。
一、电枢绕组的反电势
单根电枢绕组在气隙磁场中的感应电势
e Blv
式中：B ——气隙磁感应强度； l ——导体的有效长度；
v ——转子相对于定子导体的线速度。
对于线速度v 有：
v D n 2 p n
无刷直流电动机基本结构
A
Y
N N
Z
C
S
B
X
内转子，外定子
N
A
Y
Z
C
B X
S
外转子，内定子
无刷直流电机的基本原理
基本原理的公式体现： f BLI
一、直流电机
定子铁心（Fe)
f
电枢=定子铁心+导体+换向器
磁极+励磁线圈/永磁体 磁轭（Fe)
电机是：
定子
定子：产生电流I
合二为一：
各伺其职：
f=BIL
• 三相永磁无刷直流电动机转子 1
3
5
位置传感器输出信号Ha、Hb、
Hc在每360°电角度内给出了6
个代码，按其顺序排列，6个代 4
6
2
码是101、100、110、010、011、
001。当然，这一顺序与电动机
的转动方向有关，如果转向反
A
B
C
了，代码出现的顺序也将倒过
来
X
Y
Z
• 图5是三相永磁无刷直流电动机 的电子换向器主回路，也就是
6步通电顺序
A
4
1a
6 3
COM
c
b
B
2
C
5
• 三相绕组通电遵循如下规则：
每步三个绕组中一个绕组流入电流，一个绕组流出电流，一 个绕组不导通；
• 通电顺序如下：
1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C-
6步通电顺序
A
A
FA+C-
FA+B-
4
1a
6
3
FB+C-
FC-
COM
FB+
c
b
B
2
5
B
C FA-B+
FA+ FB-
FC+
FB-C+
FA-
C
FA-C+
• 1.A+B6.A+C-
2.C+B- 3.C+A-
4.B+A- 5. B+C-
• 每步磁场旋转60度，每6步旋转磁场旋转一周；
FA+C-
A
FA+B-
FB+C-
FCFB+
FA+ FB-
FC+
FB-C+
B
FA-B+
FA-
• 如果转子是一对极，则电机旋转一周霍尔传感器输出一个周期的 电压波形，如果转子是两对极，则输出两个周期的电压波形。
• 直流无刷电机中一般安装3个霍尔传感器，间隔120度或60 度按圆周分布。
• 如果间隔120度，则3个霍尔传感器的输出波形相差120度 电角度；
• 输出信号为高、低电平各占180度电角度。
• 如果规定输出信号高电平为“1”，低电平为“0”，则输 出的三个信号可用3位二进制编码表示。
100 000 001 011 111 110 100 000 001 011 111 110
如果间隔60度，则输出波形相差60度电角度。 间隔120度与60度的二进制编码是不同的。
三相直流无刷电动机的换相原理